Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Трансформация гумусового и структурного состояния дерново подзолистых почв при их сельскохозяйственном использовании (обзор литературы) 10
1.1 Содержание и качество органического вещества в дерново-подзолистых почвах при различных системах землепользования 10
1.2 Влияние систем землепользования на структурное состояние дерново-подзолистых почв 21
1.3 Органическое вещество в структурных отдельностях дерново-подзолистых почв 35
Глава 2 Объекты исследований 42
2.1 Климатические условия 42
2.2 Характеристика дерново-подзолистых почв Владимирской области 43
Глава 3 Методы исследований 47
3.1 Методика отбора почвенных образцов 47
3.2 Физическое фракционирование почвы 47
3.3 Определение массовой доли песчаной фракции 49
3.4 Химическое фракционирование почвенного органического вещества 50
3.5 Определение содержания органического углерода в образцах почвы, структурных отдельностях и химических фракциях 50
3.6 Определение контактных углов смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых почвенных структурных отдельностях 51
3.7 Биокинетическое фракционирование почвенного органического вещества 52
Глава 4 Экспериментальные результаты и их обсуждение 55
4.1 Особенности распределения структурных отдельностей дерново-подзолистой супесчаной почвы при различном землепользовании 55
4.2 Содержание органического углерода в дерново-подзолистой супесчаной почве при различных системах ее использования 61
4.3 Содержание органического углерода в воздушно-сухих структурных отдельностях 64
4.4 Содержание органического углерода в водоустойчивых и неводоустойчивых структурных отдельностях, выделенных из воздушно сухих агрегатов размером 2-1 мм 71
4.5 Влияние различных систем землепользования на содержание лабильных гумусовых веществ в дерново-подзолистой супесчаной почве и ее структурных отдельностях, выделенных при воздушно-сухом и мокром просеивании по методу Саввинова в модификации Хана (1969) 77
4.6 Распределение доли песчаной фракции в дерново-подзолистой почве и ее структурных отдельностях различной размерности в зависимости от системы землепользования 87
4.7 Контактные углы смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых структурных отдельностях супесчаной дерново-подзолистой почвы 91
4.8 Содержание трансформируемого, активного, медленного и пассивного органического вещества в супесчаной дерново-подзолистой почве при различных системах землепользования 95
4.9 Содержание трансформируемого, активного, медленного и пассивного органического вещества в воздушно-сухих структурных отдельностях пахотных, залежной и целинной дерново-подзолистых почв 102
Выводы 110
Список литературы 112
- Влияние систем землепользования на структурное состояние дерново-подзолистых почв
- Характеристика дерново-подзолистых почв Владимирской области
- Определение контактных углов смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых почвенных структурных отдельностях
- Контактные углы смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых структурных отдельностях супесчаной дерново-подзолистой почвы
Введение к работе
Актуальность проблемы Органическое вещество является важнейшим компонентом
почвы, выполняющим многочисленные эколого-биосферные и биогеоценотические функции
в формировании почв и регулировании уровня их плодородия. Оно определяет особенности
целого ряда почвенных свойств и режимов, в том числе структуру почвы. Многообразие
функций, выполняемых почвенным органическим веществом, зависит от его
количественного и качественного состава, закономерно обусловленного факторами
почвообразования. Изменение содержания и качества органического вещества
сопровождается преобразованием физического состояния почв. Установлено, что снижение содержания органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв по сравнению с таковым гумусовых горизонтов целинных почв приводит к ухудшению его структурного состояния: увеличению глыбистости, уменьшению содержания агрегатов агрономически ценного размера, снижению водоустойчивости и пористости агрегатов [Кузнецова, 1994].
Особая роль в повышении эффективного плодородия пахотных почв отводится
лабильной, активной и трансформируемой частям органического вещества почвы, т.к. они
непосредственно участвуют в обеспечении растений элементами питания, физиологически
активными веществами и в процессах образования агрономически ценной структуры почвы,
определяющей физические условия почвенного плодородия. Разработан целый спектр
способов и методов оценки лабильных гумусовых веществ (ЛГВ) и биологически активного
вещества [Когут, 2003; Володарская и др., 2005; Семенов, Когут, 2015]. Химические методы
извлечения ЛГВ с помощью солевых и щелочных вытяжек получили широкое
распространение в аналитической практике благодаря простоте выполнения и хорошей
воспроизводимости. К.В.Дьяконовой рекомендовано проводить экстрагирование ЛГВ в
дерново-подзолистых почвах нейтральным раствором пирофосфата натрия
[“Рекомендации…, 1984”].
Цель исследований Выявить особенности количественного и качественного
распределения компонентов органического вещества по структурным отдельностям
различной размерности в зависимости от вида сельскохозяйственного использования
дерново-подзолистой супесчаной почвы.
Задачи исследований 1. Дать оценку гумусового состояния дерново-подзолистой супесчаной почвы различного способа использования.
-
Изучить особенности структурно-агрегатного состава дерново-подзолистой почвы, отличающейся характером использования.
-
Оценить содержание общего органического углерода в образцах почвы в целом, воздушно-сухих и водоустойчивых структурных отдельностях.
-
Выявить роль лабильных гумусовых веществ в формировании воздушно-сухих и водоустойчивых агрегатов и их трансформацию под воздействием различных систем землепользования и агротехнических приемов.
5. Дать количественную оценку содержания трансформируемого, активного,
медленного и пассивного органического вещества в почвах и структурных отдельностях при
различных системах их использования
Научная новизна 1. В условиях длительного стационарного опыта дана сопряженная характеристика структурного состава и гумусового состояния дерново-подзолистой почвы, отличающейся характером использования.
2. Впервые проведена количественная оценка вклада компонентов органического
вещества, выделяемых при химическом и биокинетическом фракционировании, в
формирование и преобразование воздушно - сухих и водоустойчивых агрегатов под
влиянием различных систем землепользования.
3. Установлена зависимость между размером структурных отдельностей и
показателями гумусового состояния дерново-подзолистой почвы.
Практическая значимость Результаты работы могут быть использованы для научно обоснованного прогноза изменений структурного состояния дерново-подзолистых супесчаных почв. Материалы исследований расширяют представление о роли различных групп органического вещества в формировании водоустойчивой структуры. Они могут быть использованы при разработке рекомендаций по регулированию структурного состояния дерново-подзолистых почв легкого гранулометрического состава.
Результаты исследований могут быть применены в учебном процессе при чтении специальных дисциплин в ВУЗах сельскохозяйственного профиля.
Обоснованность и достоверность результатов Научные результаты и выводы
получены с применением современных методик и оборудования и основываются на
экспериментальном материале. Достоверность результатов подтверждена статистическими
методами - по критерию Стьюдента для нормального характера распределения данных и/или
по непараметрическому критерию Вилкоксона-Манна-Уитни. Статистическую и
графическую обработку аналитической информации проводили с использованием программных средств Microsoft Office Excel, Statistica, MatLab.
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы были представлены на конференциях: Международная научная конференция, посвященная 85– летию образования кафедры почвоведения Приволжского (Казанского) федерального университета «Наследие И.В. Тюрина в современных исследованиях в почвоведении» (Казань, 2013); 18-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология – наука ХХI века» (Пущино, 2014); V съезд Белорусского общества почвоведов и агрохимиков «Воспроизводство плодородия почв и их охрана в условиях современного земледелия» (Минск, 2015).
Публикации По материалам диссертации опубликовано 7 работ: 4 статьи в рецензируемых научных журналах и 3 тезисов докладов на российских и международных научных конференциях.
Структура и объем работы Материалы диссертации изложены на 147 страницах, содержат 31 таблицу, 28 рисунков. Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов (глава 2) и методов исследования (глава 3), обсуждения результатов исследования (глава 4) и выводов. Список литературы включает 140 источников.
Влияние систем землепользования на структурное состояние дерново-подзолистых почв
Органическое вещество является важнейшей частью почвы и выполняет различные физические, химические, биологические и экологические функции. От уровня содержания и качественного состава почвенного органического вещества зависят многие почвенные свойства и процессы происходящие в почве.
Согласно современным представлениям органическое вещество почвы представляет собой сложную систему разнообразных веществ, состав которых зависит от поступления в почву остатков растительного и животного происхождения и изменения их под воздействием различных биотических и абиотических факторов.
Все многообразие компонентов неживого органического вещества почвы можно условно разделить на две группы. К первой группе веществ относятся продукты распада органических остатков и продукты жизнедеятельности населяющих почву микроорганизмов и живых существ. К этой группе относятся химические органические вещества такие как: белки, аминокислоты, углеводы, жиры, воски, смолы, лигнин. Суммарно органические соединения индивидуальной природы составляют приблизительно 10-15% всего органического веществ почвы. Ко второй группе относятся гумусовые вещества, образование которых происходит в результате сложных превращений исходных растительных и животных остатков. На эту группа веществ приходится до 85-90% от общего запаса гумуса [Кононова, 1963; Перминова, 2008].
По современным представлениям почвенное органическое вещество представляется как компонент экосистемы, запасной, но в меру динамичный пул энергии, углерода и питательных элементов, продукт трансформации мортмассы консументами и редуцентами, активность которых контролируется факторами окружающей среды.
Почвенное органическое вещество служит источником углерода и энергии для микроорганизмов, является источником и резервуаром элементов питания для растений, содержит в себе ферменты и физиологически активные соединения, придает стабильность, упругость и устойчивость системе почва– растения–микроорганизмы, выступает средой обитания микроорганизмов и поддерживает биоразнообразие, служит источником и стоком парниковых газов. Содержащееся в почве органическое вещество участвует в образовании агрегатов, способствует повышению устойчивости структурно-агрегатной матрицы и улучшению воднофизических свойств почвы, создает емкость катионного обмена, придает буферность к изменению реакции почвенной среды, образует комплексные соединения, обеспечивает иммобилизацию тяжелых металлов, радионуклидов и химикатов [Семенов и д.р., 2013].
Наибольшую часть почвенного органического вещества составляет гумус. Гумус является одним из важнейших показателей, определяющих генезис и плодородие почв. Согласно российскому ГОСТу-27593-88, гумус является частью почвенного органического вещества, имеет гетерогенный характер, но в этом определении не отражена природа образования гумуса. Была предложена уточненная формулировка гумуса [Kogut, Semenov, 2014], гумус рассмотрен как субсистема органической системы почвы, указана роль негумификационных (абиотических) путей формирования гумуса. Содержание и состав органического вещества, а также его качественные, химические и физические свойства в различных типах почв не одинаковы. Различие органического вещества наблюдается и при различных способах землепользования на одном и том же типе почвы [Дедов, 2001; Беляев, 2004; Баздырев и др., 2008, Масютенко, 2012]. Российскими учеными [Гришина, Орлов, 1978], [Орлов, Розанова, 2004] и в “Классификации и диагностике почв России” [Шишов и др., 2004] предложены шкалы гумусированности почв, которые могут оцениваться как глобальные, отражающие генетическую принадлежность почв. В отличие от глобальной, генетической оценки степени гумусированности почв, разработаны дифференцированные оценки, отражающие различия по содержанию гумуса внутри типа (подтипа) почв, в том числе и агроэкологические. Составлена шкала градации пахотных почв России по степени гумусированности, состоящая из четырех классов: содержание гумуса меньше минимального, слабогумусированные, среднегумусированные, сильногумусированные. В предложенной шкале отражена агроэкологическая оценка содержания гумуса, учитывающая его трансформируемую компоненту, которая в определенной степени характеризует эффективное плодородие почв [Когут, 2012]. В соответствии с поставленными задачами работы интерес представляют градации дерново-подзолистых пахотных почв по степени гумусированности, которые представлены в таблице 1.
Характеристика дерново-подзолистых почв Владимирской области
Владимирская область расположена в зоне смешанных лесов. Климат Владимирской области умеренно континентальный, с умеренно теплым летом, холодной зимой, короткой весной и часто дождливой осенью. Отличительной чертой температурного режима весны является быстрый подъем температуры воздуха. Ясная, сухая погода, преобладающая в это время года, способствует быстрому просыханию почвы после снеготаяния и успешному проведению полевых работ. Продолжительность весны небольшая - 35-45 дней. Средняя месячная температура воздуха самого теплого месяца года - июля, в среднем около 17С в северо-западной и 18,5C в юго-восточной частях области. Весенний переход температуры воздуха через 0С наблюдается обычно в I декаде апреля, через 5С - в III декаде апреля. В летнее время преобладают малооблачные, солнечные дни, с переменной кучевой облачностью днем. Наблюдаются ливневые дожди, сопровождаемые грозами. Число гроз в среднем за лето 20-24. Отдельные ливни довольно интенсивны, в связи с чем максимум осадков приходится на летний период. Годовое количество осадков в среднем от 480 мм, в пониженных районах Мещеры (Покровский, Петушинский, Собинский) до 580 мм на более возвышенных местах. До 75% осадков приходится на теплый период года, а 25-30% - на холодный. Осень характеризуется преобладанием пасмурной погоды, появлению ночных заморозков. Первые заморозки наступают в среднем в конце второй - третьей декады сентября (17-27/IX), с довольно значительными колебаниями из года в год - от конца августа до конца октября. Зимою преобладает пасмурная погода с умеренными морозами, снегопадами, часто сменяющаяся более холодной и ясной погодой, иногда с оттепелями. Средняя месячная температура воздуха самого холодного месяца года - января равна -11С в западных и -12С в восточных районах области. В отдельные дни наиболее холодных зим абсолютный минимум температуры воздуха опускался до -46, -48С, а в пониженных местах до -50С. Устойчивый снежный покров на территории области образуется в среднем 20-25.XI. Продолжительность безморозного периода составляет в среднем 120 дней. Сумма активных суточных температур выше 10С с начала мая и до конца сентября (125-140 дн.) составляет от 1900С на северо-западе до 2200С на юго-востоке. Гидротермический коэффициент для области равен 1.85. Владимирская область относится к зоне достаточного увлажнения. Запасов влаги в почве вполне достаточно для роста и развития сельскохозяйственных культур. Годовая сумма осадков здесь составляет 500 -550 мм, причем из них в летний период выпадает 275 - 345 мм [Агроклиматические ресурсы...,1968; Окорков, 2003].
Почвы Владимирской области преимущественно дерново-подзолистые, в зависимости от почвообразующей породы различного механического состава. В восточной, повышенной, части области на покровных суглинках преобладают дерново-подзолистые пылевато-суглинистые почвы, в центральной части на песчаных наносах - супесчаные и песчаные дерново-подзолистые.
В районе Мещерской низменности (на юго-западе области) и в бассейне реки Лух (на северо-востоке области), где преобладают песчаные отложения, широко распространены болотные почвы по понижениям рельефа и дерново-подзолистые песчаного механического состава на повышенных участках. Дерново-подзолистые почвы легкого механического состава (песчаные и супесчаные) содержат в пахотном слое небольшое количество гумуса (от 0.8 до 2%); у суглинистых разновидностей дерново-подзолистых почв количество гумуса несколько увеличивается (от 1 до 2.5%). Болотные почвы обладают большим количеством органического вещества.
На северо-западе области, между реками Колокшей и Нерлью, в так называемом «Юрьевом ополье», преобладают «темноцветные» (дерново-43 глеевые) и серые лесные оподзоленные почвы, отличающиеся более высоким плодородием, чем остальные дерново-подзолистые почвы. По долинам рек вытянуты полосы плодородных аллювиальных почв [Алтунин, 1975; Волощук, 2001]. Дерново-подзолистые супесчаные почвы значительно распространены, в том числе и в Судогодском районе, на территории которого расположены поля ВНИИОУ с длительными полевыми опытами, этот тип почв преобладает на большей части пахотных земель.
В пахотном горизонте этих почв, мощностью 15-18 см, преобладают фракции среднего и тонкого песка, в сумме составляющие 42-83 %. Содержание физической глины в них составляет 13-16 %, илистой фракции – 1.5-5 %. Для профиля супесчаных почв характерны высокая водопроницаемость, слабая оструктуренность и низкая влагоёмкость. В дерново-подзолистых супесчаных почвах содержание гумуса в пахотном горизонте невысокое и составляет 0.9-1.4 %, сумма поглощенных оснований в них - 1.8-4.3 мг-экв/100 г, рН солевой вытяжки – 4.6-5.0. Дерново-подзолистые супесчаные почвы обладают весьма низкой буферной способностью.
Формируются такие почвы на мощных рыхлых песчаных отложениях. Верхние горизонты супесчаных дерново-подзолистых почв обеднены обменными основаниями и имеют повышенную кислотность. Из-за высокой водопроницаемости этих почв, внесенные с удобрениями растворимые соединения питательных веществ быстро вымываются. Биологическая активность дерново-подзолистых супесчаных почв низкая, что обуславливается низкой гумусированностью и повышенной кислотностью [Комаров и др., 2003]. Объектом исследования были дерново-сильноподзолистые слабоглееватые супесчаные почвы целинных, залежных и пахотных земель на территории Мещерской низменности (Владимирская обл., Судогодский район). Двучленный почвенный профиль сформирован на неоднородных моренных отложениях. В пахотном горизонте песчаная фракция составляет более 70% от массы, при этом доля крупного песка достигает 43%, физической глины – 15%, ила – 5%. На глубине 40-60 см при переходе к подстилающей породе отмечается утяжеление гранулометрического состава до среднесуглинистого. Образцы почв отбирали на шести контрастных вариантах опыта : 1) Бессменный чистый пар (1968 г.); 2) Севооборот – без внесения удобрений (1968 г.); 3) Севооборот – с внесением 20т/га навоза в среднем ежегодно (1968 г.); 4) Залежь (2000 г.); 5) Бессменные многолетние травы с внесение высоких доз бесподстилочного навоза (700 кг/га азота ежегодно) (1983 г.); 6) Целина (под лесом). Исследованный массив включал варианты длительных стационарных опытов с системами удобрения культур зернопропашного севооборота (опыт №1) и бессменных трав (опыт №2), бессменный чистый пар с 1968 года, залежь с 2000 года и целинный участок под лесом, примыкающий к опытному полю. Агрохимические показатели почвы перед закладкой опыта № 1 в слое 0-20 см представлены в таблице 3.
Определение контактных углов смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых почвенных структурных отдельностях
Полученные результаты свидетельствуют о широком диапазоне изменения содержания гумуса в дерново-подзолистой супесчаной почве под влиянием систем земледелия.
С.М.Лукиным (2009) представлена шкала обогащенности дерново-подзолистых супесчаных почв Судогодского района Владимирской области органическим веществом. К почвам с очень низким содержанием органического вещества относятся таковые с содержанием Сорг 0.55%, с низким – 0.60, средним – 0.70, повышенным – 0.90, высоким – 1.05. Тогда вариант с бессменным чистым паром приблизительно попадает в градацию “очень низкое” содержание органического вещества, вариант севооборот без удобрений – “низкое”, вариант с бессменными многолетними травами – “высокое”, а остальные варианты – “повышенное”.
В соответствии с оценкой [Еськов и др., 2005], на целинной и залежной дерново-подзолистой супесчаной почве в условиях опытного поля ВНИИ органических удобрений и торфа, а также в севообороте с внесением 20 т/га/год навоза отмечается экономически оптимальный уровень содержания гумуса (около 1.5%), окупающий затраты дополнительной прибавкой урожая. Агрономический оптимум содержания гумуса (2.3 – 2.5%), обеспечивающий наилучшие условия для получения максимальных урожаев безотносительно затрат для их достижения, соответствует варианту с многолетними травами и внесением повышенных доз бесподстилочного навоза.
Согласно приведенной в табл. 11 градации почвы изученного опыта могут быть отнесены к следующим классам: бессменный пар – первый класс, содержание гумуса меньше минимального; севооборот без удобрений – второй класс, слабогумусированные; целина, залежь, севооборот удобренный – третий класс, среднегумусированные; многолетние травы с внесением высоких доз бесподстилочного навоза – четвертый класс, сильногумусированные.
Анализ таблицы 12 (приложения 15-20) показал, что содержание Сорг закономерно уменьшается по вариантам опыта во фракциях размером 5-3, 3-2, 2-1, 1-0.5 мм в том же направлении, что и таковое общего Сорг в почве: бессменные многолетние травы c N700 целина севооборот 20 т/га навоза залежь севооборот без удобрений бессменный чистый пар. Таблица 12 Содержание органического углерода (% от массы фракции) в структурных отдельностях дерново-подзолистой супесчаной почвы при различных системах землепользования
Наибольшее содержание Сорг отмечено во фракциях 3-2 мм и 2-1 мм, при этом выход агрегатов 3-2 мм значительно меньше по сравнению с другими фракциями, тогда как выход агрегатов размером 2-1 мм в 1.3-4.2 раза больше по сравнению с таковым отдельностей других размеров.
В почве на целине и залежи самым высоким содержанием Сорг отличалась фракция 3-2 мм, тогда как во всех обрабатываемых почвах - 0.25 мм. В структурно-агрегатных фракциях почвы неудобренного севооборота содержалось в 1.3-2.3 раза больше Сорг, чем в тех же самых фракциях почвы бессменного чистого пара. Применение подстилочного навоза в севообороте и бесподстилочного навоза на многолетних травах увеличивало содержание Сорг в структурно-агрегатных отдельностях по сравнению с неудобренным севооборотом в 1.1-1.6 и 1.2-3.3 раза соответственно (приложения 21). Наиболее значительное обогащение органическим углеродом при применении бесподстилочного навоза происходило в отдельностях преимущественно среднего и тонкого размера. Содержание Cорг в структурно-агрегатных фракциях 1-0.5, 2-1, 3-2 и 5-3 мм наиболее близко соответствовало его средневзвешенной концентрации в цельном образце, как это следует из полученных коэффициентов корреляции (r=0.983, P 0.001; r=0.982, P 0.001; r=0.970, P=0.001; r=0.970, P=0.001, соответственно) при анализе всех вариантов опыта. Подобный вывод сделан и другими авторами [John et al., 2005], показавшими, что содержание Сорг в цельном образце теснее коррелировало с количеством Сорг во фракции макроагрегатов, чем микроагрегатов размером 0.25 мм.
Регистрируемое обогащение неагрегированного материала размером 0.25 мм органическим углеродом (табл. 9), может являться следствием накопления в нем мелких растительных остатков при подготовке почвы к физическому фракционированию [Когут и др., 2012].
В исследованиях не было обнаружено связи между содержанием Сорг во фракциях и их выходом при сухом просеивании. Имела место существенная неравномерность содержания валового Сорг в физических фракциях разного размера. В почве одного и того же варианта наибольшее содержание Сорг, обнаруженное в одной из фракций, превышало минимальное его содержание в какой-либо другой фракции в 1.5-3.2 раз. Самое узкое соотношение максимального содержания Сорг к минимальному его значению во фракциях было характерно для почвы бессменного чистого пара, а самое широкое – в почве под многолетними травами с повышенными дозами жидкого навоза.
Зная долю структурно-агрегатных фракций от массы почвы и распределение Сорг по фракциям, были определены запасы Сорг в структурных отдельностях разного размера и установлен вклад каждой из них в аккумуляцию органического вещества в гумусовом горизонте дерново-подзолистой почвы. На диаграммах представлены результаты оценки вклада каждого класса структурных отдельностей в общий органический углерод почвы (рисунки 4-9).
Контактные углы смачивания в водоустойчивых и неводоустойчивых структурных отдельностях супесчаной дерново-подзолистой почвы
В почве залежи доля Cтранс1 постепенно возрастала по мере уменьшения размера отдельностей до 1 мм, а в более тонких несколько снижалась. В неудобренной почве севооборота на долю Cтранс1 приходилось 26-56% от Сорг с максимумом во фракции 0.25 мм. Внесение навоза обогащает трансформируемым органическим веществом все структурно-агрегатные фракции от 37 до 65% от Сорг, но в наибольшей мере среднего и малого размера.
Так же, как и в исходных почвенных образцах нами было определено содержание активного органического вещества в структурно-агрегатных фракциях разного размера (табл. 29). Различия между наибольшим и наименьшим содержанием С0 во фракциях менялось в зависимости от варианта 1.4 до 2.1 раз.
Самая низкая доля Со в структурно-агрегатных отдельностях разного размера обнаружена в почве бессменного чистого пара (5.4-6.6% от Сорг), а самая высокая (9.5-11.6% от Сорг) - в почве залежи (табл. 29 и табл. 30).
Содержание C0 достоверно коррелировало с Cорг при анализе данных цельных и разделенных по размеру образцов почв (r=0.868, P 0.001), но судя по вычисленным коэффициентам вариации, C0 более равномерно распределяется по структурно-агрегатным отдельностям (V=11-23%) по сравнению с валовым Сорг (V=14-41%). В интервале свойственных для дерново-подзолистой супесчаной почвы содержаний Сорг увеличение его на 500 мг/100 г (0.5% от массы почвы) сопровождается ростом содержания C0 на 34 мг/100 г (рис. 27).
Изменение обеспеченности почвы активным органическим веществом (C0) в зависимости от валового содержания органического углерода (Cорг) В ряде фракций содержалось в 1.1-1.8 раз меньше активного органического вещества, чем в цельном образце почвы, а в некоторых других – в 1.1-1.4 раза больше. В почве леса и залежи повышенным содержанием активного органического вещества характеризовались фракции 3-2, 2-1 и 5-3 мм, а в пахотной почве – 0.25, 3-2, 2-1 мм. В крупных комках 10 мм содержалось существенно меньше C0, чем в цельном образце. Несмотря на выраженную неравномерность распределения по физическим фракциям содержание C0 во всех структурно-агрегатных отдельностях достоверно коррелировало с количеством C0 в цельных образцах исследуемых почв (r=0.931 – r=0.988, P 0.007). В физических фракциях почвы под многолетними травами с внесением высоких доз бесподстилочного навоза содержалось больше или столько же потенциально-106 минерализуемого органического вещества, что и в лесной и залежной почве. Из полученных данных следует, что в зернопропашном севообороте обеднение неудобренной супесчаной дерново-подзолистой почвы активным органическим веществом затрагивает в первую очередь отдельности размером 3-2, 2-1 и 1-0.5 мм, а применяемые органические удобрения ведут к росту концентрации C0 преимущественно во фракциях 1-0.5, 0.5-0.25 и 0.25 мм.
Содержание C0 в структурно-агрегатных фракциях не коррелировало с массой физических фракций, поэтому вклад отдельных фракций в общий минерализуемый пул органического вещества в почве отличался от распределения C0 между выделенными отдельностями. Из полученных результатов следует, что активный пул органического вещества в пределах гумусового горизонта формируется в основном за счет отдельностей размером (2-1) (0.5-0.25) ( 0.25) (5-3) (3-2) мм, вклад которых уменьшается от 21 до 9% от всего запаса C0. Вклад остальных физических фракций не превышает 4-7% без особых различий между пахотными и необрабатываемыми вариантами дерново-подзолистой почвы (табл. 31) (приложения 38-39).
Размерчастиц,мм Бессменный чистый пар Севооборотбез удобрений Севооборотс 20т/га/годнавоза Бессменные многолетние травы, N700 Целина Залежь повариантам,% кцельномуобразцу 2.6 2.9 2.7 4.2 2.7 1.5 5±4 В других исследованиях с серой лесной почвой на фракции 5-3 мм образца из под леса и 3-1 мм с неудобренной пашни приходилось соответственно по 33 и 42% от всего С0, тогда как на фракцию 0.25 мм – 5-8%, при этом доля структурно-агрегатной фракции в массе почвы оказалась более существенным фактором обеспеченности почвы С0, чем его абсолютное содержание [Семенов и др., 2010]. В дерново-подзолистой почве в отличие от серой лесной почвы вклад самых тонких физических фракций 0.25 мм оказался более значительным.
Ранее было высказано предположение, что лабильное (подвижное по Тюрину) органическое вещество, экстрагируемое 0.1 н раствором NaOH из образцов выщелоченного чернозема и серой лесной почвы, представляет собой ближайший резерв С0, доступного микроорганизмам, при этом биологически активная и химически подвижная части отображают разные параметры качества почвенного органического вещества [Зинякова, Семенов 2014; Кузнецов и др., 2007]. В цельных образцах дерново-подзолистой почвы с разными типами землепользования и системами удобрений на долю С0 приходилось 44-70% от C лгв, экстрагируемого нейтральным раствором пирофосфата натрия. Более значительные колебания в соотношении между С0 и C лгв обнаруживались в пределах структурно-агрегатных отдельностей разного размера (35-86% С0 от C лгв), составляя в среднем для всего массива образцов 54±11%. Следовательно, имеет место как разнокачественность органического вещества, содержащегося в мелких и крупных структурно-агрегатных фракциях, так и разная его защищенность от микробного разложения. Полученные данные позволяют также допустить, что по мере увеличения обеспеченности дерново-подзолистой почвы C лгв на 50 мг/100 г содержание активного органического вещества возрастет на 26 мг/100 г (рис. 28).
Полученные нами данные по содержанию Сакт, Смедл и Спас для цельных образцов дерново-подзолистой почвы описаны в предыдущем разделе. Следует отметить, что в почве одного и то же варианта соотношение пулов Сакт, Смедл и Спас, рассчитанных по тому же алгоритму, что и в почве в целом (см. глава 4 раздел 8), заметно менялось в структурно-агрегатных фракциях разного размера. Так, в целинной почве на долю Сакт, Смедл и Спас приходилось соответственно 5-10, 29-67 и 26-61% от всего Сорг фракции, в почве севооборота без удобрений – 6-8, 23-53 и 41-69%, а в почве под многолетними травами с внесением навоза – 6-11, 39-76, 18-51%. Следовательно, подтверждается гипотеза, что органическое вещество в одних структурно-агрегатных фракциях выступает преимущественно как источник С-СО2, а в других – аккумулирует секвестрируемый органический углерод (приложение 40-41).